CN202165911U - 一种具有高色饱和度的液晶显示器用的led背光源 - Google Patents

Abstract

一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，涉及一种液晶显示器的背光源。现LED背光源，色彩饱和度差。本实用新型特征在于：所述的LED芯片至少包括5种不同发光波长的芯片，芯片发光波长涵盖450～680nm，相同发光波长的芯片连接成芯片组；所述的驱动装置包括微处理器、与微处理器连接的复数个和芯片组数量对应的恒流驱动电路、用于对微处理器及驱动电路供电的电源；每一芯片组由对应的PWM驱动电路单独供电以单独控制每个芯片组电流。采用本技术方案产生的LED背光源，在人眼的视觉敏感区内形成类日光光谱分布的白光光源，提高液晶显示屏色彩饱和度的目的。

Description

一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源

技术领域

本实用新型涉及一种液晶显示器的背光源。 

背景技术

液晶显示屏是当今中、小面积显示屏的主流，但液晶是一种被动式显示屏，它自身不会发光，需要依赖外界的光照才能显示文字和图像，现在外界光照的来源主要是依靠屏四周的CCFL灯管从侧面把光引入，再经过匀光机构让液晶屏有一个亮度均匀的光照。 

近年来LED的进展使得许多液晶屏生产厂家用LED替代CCFL，照射的形式有仿照CCFL灯管从侧面进光的，也有在液晶屏的背面装上LED发光板作为外照光源，业内统称为LED背光源，无论哪种照射形式用的LED基本上是以下两种。 

A：一般的白光LED 

这种白光LED是由发蓝光的LED芯片加上黄色荧光粉构成的，它的光谱中红光的成分极少，所以做成液晶显示屏后，它的色饱和度仅为72～75%，色彩不够理想。

B：RGB的白光LED 

红、绿、蓝三种颜色按3：6：1的比例混和后，也能形成白光，用这种LED作液晶屏的背光源后，显示色彩的能力就强多了，可以达到85%左右，但是由于LED发光芯片是半导体器件，其所发出的是单色光，所占光谱很窄，所以显示的色彩仍不能令人满意。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，以达到能在人眼的视觉敏感区内形成类日光光谱分布的白光光源，提高液晶显示屏色彩饱和度的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。 

一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，包括底座、设于底座上的LED芯片、用于承载底座和散热的背光板、与LED芯片电连接的驱动装置，其特征在于：所述的LED芯片至少包括5种不同发光波长的芯片，芯片发光波长涵盖450～680nm，相同发光波长的芯片连接成芯片组；所述的驱动装置包括微处理器、与微处理器连接的复数个和芯片组数量对应的恒流驱动电路、用于对微处理器及驱动电路供电的电源；每一芯片组由对应的PWM驱动电路单独供电以单独控制每个芯片组电流。一组中芯片的数量根据需要的亮度和驱动电源决定，人眼能感知的光谱波长段为380～780nm，然而实际上，在450nm以下，680nm以上波长的光，人眼的感光灵敏度已很低，若光源发出光的波长能涵盖450～680 nm就可以很好地满足人眼对色彩的感觉。各种不同光色的LED芯片，它的光谱在1/2功率处有20～30nm的宽度，在1/4处有40～60nm的宽度，也就是说单独一种芯片是一个尖峰形的光谱。在450～680 nm波长段内由至少用5种不同发光波长的芯片组合发光，形成类日光的连续发光光谱，用这种LED作背光源可提高液晶屏的色彩饱和度；每一芯片组由单独的恒流驱动电路供电，调节每种芯片的电流可改变它输出的光强，从而改变发出光的相关色温，便于调节对比度、亮度和色饱和度。驱动电路调节电流的阶差为最大电流的1/256或1/16，便于调节对比度、亮度和色饱和度。 

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征。 

微处理器通过有线或无线通讯方式连接一用于控制芯片组供电电流的控制装置；所述无线通讯方式为红外线通讯、射频通讯或超声波通讯。控制信号可通过有线或无线方式送至微处理器，微处理器接受命令后通过调节占空比来改变PWM驱动电路的输出电流， 

LED芯片由6种发光波长的芯片组成，相邻芯片组的发光峰值波长间隔在20～55nm，芯片的表面覆有用于混光的漫反射层。LED芯片波长可分别为：455nm、475 nm、525nm、580nm、625nm、640nm，相邻芯片组的发光峰值波长间隔在20～55nm，芯片的表面覆有用于混光的漫反射层。由此六种芯片组成的一个LED，发出具有连续光谱的类日光的白光。

LED芯片由5种不同发光波长的芯片组成，在芯片的表面覆有用于混光的漫反射层，所述的漫反射层为光转换材料层。由光转换材料替代芯片组，在保证形成类日光的连续发光光谱的同时，减少了对应驱动电路，降低成本。 

5种不同发光波长的芯片波长分别为455nm、475 nm、525nm、626nm、640nm，所述的漫反射层为含黄色荧光粉的光转换材料层。位于525nm和626 nm 之间的580nm芯片所发的光是黄色的，这种LED的光效不高，用覆设的黄色的荧光粉来取代580 nm芯片，在减少芯片种类及对应驱动电路的同时，荧光粉还起到混光的作用。 

LED芯片的上方设有用于改变出射光的光强分布的透镜。 

底座上的芯片排列中间稀，外周密。该结构使出射光的空间分布均匀。 

背光板为弧形柱面使位于其上的底座改变朝向。使出射光的空间分布均匀。 

每一底座设有多种波长的LED芯片构成的LED光源，LED光源的上方设漫反射层，LED光源紧密排列形成光源组。 

背光板呈可与液晶屏相配的矩形或可与液晶屏侧壁相配的细条状，光源组上设匀光板，细条状背光板设有用于将光引入液晶屏背面的导光板。 

有益效果：在450～680 nm波长段内由至少5种不同发光波长的芯片组合发光，形成类日光的连续光谱，提高了色彩饱和度；每一芯片组由单独的恒流驱动电路供电，一旦电流调节确定了，它可保持恒定。调节每种芯片的电流可改变它输出的光强，从而改变发出光的相关色温，便于调节对比度、亮度和色饱和度。 

附图说明

图1是驱动装置原理结构示意图。 

图2是本实用新型的五种光谱合成后的光谱能量分布图。 

图3是本实用新型的六种光谱合成后的光谱能量分布图。 

图4是本实用新型装配结构示意图。 

图5是本实用新型一种用于改变光强分布的结构示意图。 

图6是本实用新型第二种用于改变光强分布的结构示意图。 

图7是本实用新型一种LED光源排列结构示意图。 

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。 

如图1所示，本实用新型包括底座2、设于底座2上的LED芯片1、用于承载底座2和散热的背光板3、与LED芯片1电连接的驱动装置，其中 LED芯片1至少包括5种不同发光波长的芯片1，芯片1发光波长涵盖450～680nm，相同发光波长的芯片1连接成芯片组；所述的驱动装置包括微处理器、与微处理器连接的复数个和芯片组数量对应的恒流驱动电路、用于对微处理器及驱动电路供电的电源；每一芯片组由对应的PWM驱动电路单独供电以单独控制每个芯片组电流。微处理器通过有线或无线通讯方式连接一用于控制芯片组供电电流的控制装置；所述无线通讯方式为红外线通讯、射频通讯或超声波通讯。如图4、5、6所示，每一底座2设有多种波长的LED芯片构成的LED光源5，为加强混光，可在LED光源5的上方设漫反射层。LED光源5紧密排列形成光源组6。 

光源的显色性是衡量光源对被照物体颜色还原程度的物理量，太阳光是显色性最好的光源，它在整个可见光波长的范围内具有连续光谱，可以获得高色饱和度。对人造光源而言，可以认为国际上规定的标准灯的显色性最好；它们发出的也是连续光谱，不同色温只是光谱能量分布不同。要制作高色饱和度的背光源就要仿照标准灯的光谱能量分布，发出一个基本上是连续的光谱能量分布和标准灯接近的光，但是标准灯覆盖的光谱区间很宽，在可见光区域包含了38 0nm～780nm 整个区域。LED 要满足这一光谱范围非常困难也没有必要，因为人眼对光谱的敏感区在450nm～680nm波段。根据这一条件和LED芯片1的发光波段，选取4 5 5nm～680 nm波段作为配制液晶显示屏背光源光谱的依据。 

各种不同光色的LED芯片1，它的光谱在1/2功率处有20～30nm的宽度，在1/4处有40～60nm的宽度，也就是说单独一种芯片1是一个尖峰形的光谱，按波长间隔为35nm排列，则可构成锯齿形连续光谱。 

在具体实施例中考虑芯片的生产厂，批量生产的芯片1波长是已定制好的，可供选择的芯片1的峰值分别为：455nm、475 nm、502 nm、535nm、560nm、580 nm、625nm、640nm，除580 nm和625nm 之间相差45 nm，其它均少于30 nm，基本上能在能量的1/2～1/4处发生重叠，如此组成的光谱能量分布图是一个锯齿形的连续光谱曲线，由于502 nm、535nm、560nm三种规格的芯片1供应量小，且当芯片1种类多后，与之对应的恒流驱动电路就多，为此在实施过程中可将502 nm和535nm芯片1用525 nm芯片1代替，并取消560nm芯片1，形成发光波长为455nm、475 nm、525nm、580nm、625nm、640nm的6组芯片组，相邻芯片组的发光峰值波长间隔在20～55nm，为匀光可在芯片1的表面覆有用于混光的漫反射层7， 6组芯片组的光谱能量分布如图3所示。 580 nm芯片1所发光为黄色，其光效不高，采用通过在芯片1上覆盖黄色荧光粉的方式来替代580nm芯片1，形成发光波长为455nm、475 nm、525nm、625nm、640nm的5种芯片组+含黄色荧光粉的漫反射层7构成的LED背光源，其光谱能量分布如图2所示，形成连续光谱曲线，满足类日光的要求。 

由于液晶显示屏的整体厚度是比较薄的，一般在10～30mm，为此匀光的距离必须很短，然而如果不加其它光学***，混色以后出射的白光在空间的光强分布里是朗佰型的，主要光强集中在±30°角以内，这对匀光极为不利，在本发明中采用以下三种方式来改变LED出射光的空间光强分布。 

1、在LED芯片1的上方设有一透镜4以改变出射光的光强分布，如图5所示，透镜4能把最大光强从中心改到±50°角以上，这样就可以在毫米级的距离内形成亮度均匀的光斑。 

2、通常LED的底座2是圆形或矩形，LED芯片1均匀分布其上，其所发出的光强在空间分布是朗佰型的；为形成亮度均匀的光斑，本技术方案改变LED底座2的形状，将LED的底座2改为花生形，匀均排列的芯片1改为中间稀、外周密排列，由此形成一个照度均匀的光斑，如图6所示，但效果要比增设透镜4差一些，由于无透镜4，减少了装配关系，成本稍低一些。 

3、一般与液晶屏底面相配的背光板3为矩形平板，光强分布不匀；在本技术方案中，改变背光板3的形状，将背光板3改为弧形柱面使覆于背光板3上的LED光源5改变朝向以改善光强分布。 

作为液晶显示器用的LED背光源，其结构上可以有以下两种形式。 

1、如图7所示，一种是作成矩形的平面光源5，将前述的LED光源组6排布在矩形背光板3上，经一匀光板，把各个光源组6发出的光在整个液晶面上变得均匀。 

2、另一种是把LED背光源设计成可安装在液晶屏侧面的细长条形，其上设有复数个紧密排列的LED光源组6，通过导光板把光引到液晶屏背面。 

Claims (10)

1.一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，包括底座（2）、设于底座（2）上的LED芯片（1）、用于承载底座（2）和散热的背光板（3）、与LED芯片（1）电连接的驱动装置，其特征在于：所述的LED芯片（1）至少包括5种不同发光波长的芯片（1），芯片（1）发光波长涵盖450～680nm，相同发光波长的芯片（1）连接成芯片组；所述的驱动装置包括微处理器、与微处理器连接的复数个和芯片组数量对应的恒流驱动电路、用于对微处理器及驱动电路供电的电源；每一芯片组由对应的PWM驱动电路单独供电以单独控制每个芯片组电流。

2.根据权利要求1所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：微处理器通过有线或无线通讯方式连接一用于控制芯片组供电电流的控制装置；所述无线通讯方式为红外线通讯、射频通讯或超声波通讯。

3.根据权利要求1所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：LED芯片（1）由6种发光波长的芯片组成，相邻芯片组的发光峰值波长间隔在20～55nm，芯片（1）的表面覆有用于混光的漫反射层（7）。

4.根据权利要求1所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：LED芯片（1）由5种不同发光波长的芯片组成，在芯片（1）的表面覆设用于混光的漫反射层（7），所述的漫反射层（7）为光转换材料层。

5.根据权利要求4所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于： 5种不同发光波长的芯片（1）波长分别为455nm、475 nm、525nm、626nm、640nm，所述的漫反射层（7）为用于增黄光和混光的光转换材料层。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于： LED芯片（1）的上方设有用于改变出射光的光强分布的透镜（4）。

7.根据权利要求1～5任一权利要求所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：底座（2）上的芯片（1）排列中间稀，外周密。

8.根据权利要求1～5任一权利要求所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：背光板（3）为弧形柱面使位于其上的底座（2）改变朝向。

9.根据权利要求1所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：每一底座（2）设有多种波长的LED芯片构成的LED光源（5），LED光源（5）的上方设漫反射层；LED光源（5）紧密排列形成光源组（6）。

10.根据权利要求9所述的一种具有高色饱和度的液晶显示器用的LED背光源，其特征在于：背光板（3）呈可与液晶屏相配的矩形或可与液晶屏侧壁相配的细条状，光源组（6）上设匀光板，细条状背光板（3）设有用于将光引入液晶屏背面的导光板。

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